대기환경기사 저감기술 — 연소 조건과 연료·분사 기술

질소산화물은 연소 조건이 만드는 물질이다. 공기 중의 질소와 산소가 고온에서 결합해 만들어지므로 온도가 높을수록, 산소가 많을수록 더 많이 생긴다. 그래서 저감의 방향은 화염 온도를 낮추고 고온에서 머무는 시간을 줄이는 쪽으로 잡힌다. 2단 연소와 배출가스 재순환, 연소용 공기 예열 온도 낮추기가 모두 이 방향의 기술이고, 연료 안에 든 질소 성분을 없애는 일도 같은 목적에 든다. 반대로 연소 영역의 산소 농도를 높이거나 과잉공기량을 많게 하면 질소산화물 생성이 오히려 늘어나므로, 이런 선지가 저감 방법으로 성립하지 않는다.

디젤엔진에서는 연료를 어떻게 뿌리는가가 입자상 물질과 질소산화물을 함께 좌우한다. 분사압력을 높이면 연료가 더 미세하게 흩어져 연소가 잘 되고 불완전연소에서 생기는 입자상 물질이 줄어든다. 분사 시기와 분사율을 정밀하게 제어하는 일도 같은 맥락의 기술이다. 반대로 분사압력을 낮추면 연료가 제대로 흩어지지 않아 연소 효율이 떨어지고 배출이 늘어나므로, 저압화는 저감 기술과 가장 거리가 멀다.

휘발유 자동차의 탄화수소는 세 갈래에서 나온다. 연소실 밖으로 새어나가는 블로바이 가스, 연료탱크나 기화기에서 증발하는 증발 가스, 그리고 엔진을 지나며 나오는 배기가스이다. 이 가운데 양이 가장 많은 곳은 연소가 불완전해 미연소 연료가 그대로 남는 배기가스 쪽이다. 그래서 탄화수소를 가장 많이 배출하는 곳을 물으면 배기가스가 답이 된다.

대체연료 쪽에서는 압축천연가스의 성질이 자주 나온다. 가솔린 대신 쓰면 연소가 깨끗해 일산화탄소와 탄화수소가 30~50% 이상 줄고 이산화탄소도 20~30% 이상 줄어든다. 옥탄가가 약 130으로 높아 노킹 없이 압축비를 올릴 수 있고, 기체 연료라 엔진 안에 탄소 퇴적물이 적게 생겨 윤활유나 필터 교환 주기가 길어진다. 대신 에너지 밀도가 낮아 같은 배기량 기준으로 출력이 10~20% 줄고, 연료가 공기 흡입 공간을 차지하는 탓에 충전 거리도 짧아진다. 그래서 압축천연가스로 출력이 늘어난다고 적은 선지가 뒤집힌 설명이 된다.